螺旋千斤顶设计计算说明书院系汽车工程学院专业年级车辆工程2012级设计者向星指导教师成绩2014年9 月23日目录1 螺旋千斤顶设计任务书 (3)2 作业目的 (4)3 螺旋千斤顶的设计 (4)3.1 螺杆的设计与计算 (5)3.2 螺母设计与计算 (8)3.3 托杯的设计与计算 (10)3.4 手柄设计与计算 (10)3.5 底座设计 (11)4 参考文献 (13)一、螺旋千斤顶设计任务书学生姓名向星专业年级车辆工程2012级设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F = 30 kN；2、最大升距H =240 mm。
设计工作量：1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；2、编写设计计算说明书一份。
指导教师签名：2014年月日二、作业目的1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；2. 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题；3. 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。
三、螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。
螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。
设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。
设计的原始数据是：最大起重量F =30kN 和最大提升高度H=170mm 。
螺旋千斤顶的设计步骤如下：计 算 及 说 明结 果1. 螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
1.2 选取螺杆材料螺杆材料选择45号钢，查表可知σs = 355MPa 、σb = 600MPa 。
1.3 确定螺杆直径由耐磨性条件确定螺杆中径d 2。
该螺纹为梯形螺纹，则可知][8.02p Fd ϕ≥因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，取.03=ϕ。
查表可知，滑动螺旋副钢—青铜的许用压力a 15][MP p =代入数据，得 mmd .72015.03300008.02=⨯≥根据螺杆中径mm d 7.202=,按照GB/T 5796.2-2005标准，选取螺杆的公称直径mm d 28=，螺距mm t 5=，线数1=n ，螺旋副的摩擦系数09.0=f ，螺旋角122παβ==。
1.4 自锁验算 自锁条件是ψ ≤ρv 。
式中：ψ为螺纹中径处升角；ρv 为当量摩擦角（当量摩擦角计算得：mmd 7.202=查表得：mm d 28=mm t 5=1=n09.0=f计 算 及 说 明结 果ρv =arctan μv ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。
=⨯⨯==)2814.351arctan(arctan2d np πϕ3°15'18″ ===12cos 09.0arctan cos arctan πβρf v 5°19'23″ ∴>-ϕρv 1° ∴满足自锁条件 1.5 结构（见图1―2）螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。
手柄孔径dk 的大小根据手柄直径dp 决定，dk ≥dp十0.5mm 。
为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。
退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm 。
退刀槽的宽度可取为 1.5t 。
为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。
为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。
1.6螺杆强度计算 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。
强度计算方法参阅教材公式(5.28)，其中扭矩 式中：ψ为螺纹中径处升角，v ρ为当量摩擦角。
"18'153︒=ϕ"23'195︒=v ρ。
2)tan(2d F T v ⋅+=ρψ计 算 及 说 明结 果代入数值得："23'195︒=v ρmN T d F T v ⋅=⨯'︒+'︒⨯=⇒⋅+=70.572255.00)"23195"18153tan(300002)tan(2ρψ根据第四强度理论校核螺杆的强度：()MPad T F A W T A F T ca 49.755.227.5743300005.2214.34431332222122222=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+=τσσ由表5-13取安全系数S=4，则许用应力[][]σσσσ<=⇒==MPa MPa Sca S49.7588∴该螺杆满足强度要求 1.7稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。
F cr / F ≥ 2.5 ~ 4螺杆的临界载荷F cr 与柔度λs 有关，λs =μ l /i μ—螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关L —举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l ＝H +5t+(1.4~1.6)dI ——螺杆危险截面的惯性半径当螺杆的柔度λs ＜40时，可以不必进行稳定性校核。
计算时应注意正确确定。
危险截面面积A=πd 12/4，螺杆危险截面的惯性半径mm d A I i 74===螺杆的长度系数2=μ螺杆承受扭矩mN T ⋅=0.757举起重物后托杯底面到螺母中部的高度mm d t H l 307285.1552405.15=⨯+⨯+=++=∴螺杆的柔度71.8773072=⨯==il s μλ螺杆的临界载荷2)(2l EIF cr μπ=（1）螺杆危险截面的惯性矩644d I π=（2）联立（1）、（2）两式，并代入数值得：kN F cr 5.162= ∴ 4~5.24.5305.162>==F F cr ，螺杆满足稳定性要求 综上可得：所选螺杆材料为45钢，公称直径d=28mm ，中径d 2=25.5mm ，小径d 3=22.5mm ，螺距t=5mm ，线数n=1。
2. 螺母设计与计算2.1选取螺母材料 螺母材料选用青铜：ZCuAl10Fe3，抗拉强度MPa 490b =σ，由教材表5-12可知，滑螺旋副钢—青铜的许用压力[]MPa p 15=。
2.2确定螺母高度H '及螺纹工作圈数u螺母高度mm mm d H 5.765.250.3'2=⨯==φ ∵ 螺纹实际工作圈数 108.165.155.765.1''>=+=+=t H u ∴ 螺纹圈数需要调整。
螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调mm l 307=kNF cr .6272=螺杆材料为45钢，d=28mm ， d 2=25.5mm ，d 3=22.5mm ，t=5mm ， n=1螺母材料为ZCuAl10Fe3mmH u 50'10'==，整，故选mm H u 50'10'==， 2.3校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。
螺母的其它尺寸见图1―3。
必要时还应对螺母外径D 3进行强度验算。
根据教材表5-13，对于青铜螺母MPa 40~30][=τ，这里取MPa 30][=τ，根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截面的剪切应力为][0.51010565.02814.330000τπτ<=⨯⨯⨯⨯==MPa Dbu F ∴满足要求2.4 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用78r H 或78n H 等配合。
为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。
为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1）。
选取紧定螺钉规格：螺钉 GB/T 71 165⨯M螺纹牙危险截面的剪切应力：MPa 12.6=τ紧定螺钉： 165⨯M计 算 及 说 明结 果3. 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。
为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。
为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。
压力强度校核公式：4)D D (211212-=πFp式中，mm d D D 7.443288.138.131312=-⨯=-=-=mm d D .619287.07.011=⨯==代入数值得，MPa p 2.520=选托杯材料： HT150 由经验公式得，MPap b ).572~58(145)5.0~4.0()5.0~4.0(][=⨯==σ ∵[]p p <∴ 托杯满足要求 4. 手柄设计与计算4.1 手柄材料 手柄材料选用Q235钢 4.2 手柄长度p L板动手柄的力矩：K ·L p =T 1+T 2 ，则 KT T L 21p +=式中：K ——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N ，工作时间较长时为100～150N ，本题中选N K 200=T 1——螺旋副间的摩擦阻力矩N d F T v 0.7572)tan(2=⋅+=ρψmm D 7010= mm D .61911= mm D .44712= mm D .45013=MPap 2.520=T 2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩 ()m N fF D D T ⋅=⨯⨯+=+=25.2454/3000009.0.619.4474/)(11122 考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上mm D )150~50(213+，取mm mm D .2105)802(13=+ 综上可得，手柄长度 mm D K T T L p 620.21051000200225.4570.578021321≈+⨯+=+++=由于手柄长度不能超过千斤顶，因此可以减小手柄的尺寸。
取mm L p 280=，使用时可在手柄上另加套管。
4.3手柄直径p d 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d p ，其强度条件为 ：F KL ][d 1.03pp F σσ≤= 故 mm KL d F p p 1.7161201.0280200][1.033=⨯⨯=≥σ 可以取 mm d p 18=4.4 结构 手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。